【数据结构与算法】栈

一、是什么

一种先进后出的线性表数据结构,只支持出栈和入栈操作

二、使用场景

  • 函数调用栈(先定义的局部变量,最晚释放
  • 浏览器的前进后退
  • 编译器通过两个栈,进行加减乘除计算

三、工作原理

只在栈顶插入或删除数据

四、实现

  • 代码实现
type stack []interface{}

func NewStack() *stack {
    newStack := make(stack, 0)
    return &newStack
}

func stackPush(newStack *stack, a ...interface{}) {
    *newStack = append(*newStack, a...)
}

func stackPop(newStack *stack) (stackObj interface{}) {
    length := len(*newStack)
    if length <= 0 {
        return flase
    }
    stackObj = (*newStack)[length-1]
    *newStack = (*newStack)[:length-1]
    return
}

  • Redis实现

lpush + lpop = stack(栈)

五、优劣

  • 优点:
  1. 出栈和入栈的时间复杂度都为 O(1)
  2. 操作受限,使用比较可控,不容易出错(和数组、链表相比较
  • 缺点:
  1. 在内存中,栈结构里的数据大小和生命周期是固定的,缺乏灵活性

六、替代性技术

  • 数组
  • 链表

七、经典应用

内存分为栈、堆、静态数据区、代码区四个部分:
  • 栈: 空间小,与cpu结合灵活,释放也灵活,适合存定长的数据
  • 堆: 空间大,一般数组、字符串、对象保存在堆中
  • 静态数据区: 存储全局变量、静态变量、常量,释放不灵活
  • 代码区: 保存代码结构

八、延伸应用

单调栈

定义: 满足单调性(递增 or 递减)的栈结构(PS:类似的应用还有单调队列)

实现: 为了保持栈内的单调性,在进栈时需要做元素的检查工作。以递增栈(栈顶到栈尾的顺序是递增的,小的先出栈,大的最后出栈)为例:如果发现待进栈的元素比目前栈顶元素大,如果此时入栈则会破坏栈内的单调性,所以需要将目前比待入栈元素大的栈顶元素弹出,弹出后继续比较待入栈元素和新栈顶元素的大小,直到待入栈元素小于栈顶元素或者栈为空,可将该元素进栈

代码实现:

// 单调递增栈:栈顶到栈底递增
func dandiaoAddStack(height []int) (result []int) {
    current := 1
    stack := []int{height[0]}
    for {
        // 如果游标是否到达尾部
        if current > len(height) - 1 {
            break
        }
        // 循环比较栈顶元素和待入栈元素
        for {
            // 如果栈为空,则直接跳出循环
            if len(stack) == 0 {
                break
            }
            if height[current] > stack[len(stack)-1] {
                // 栈顶元素出栈
                stack = stack[:len(stack)-1]
            } else {
                break
            }
        }
        stack = append(stack,height[current])
        current++
    }

    return stack
}

功能用途: 由于栈内元素时刻保持单调性,所以在遇见待进栈的元素比栈顶元素小时,对于当前栈顶元素,这个待进栈的元素是它第一次见到的比它小的元素。利用这一性质,可以求一个元素 左/右 边第一个比它 大/小 的元素

应用实例:

  • leetcode - 42 接雨水
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